用快速滴答的表观遗传时钟来计时植物进化

导读 表观遗传学(对不改变DNA序列的性状遗传的研究)领域的最新发现表明,哺乳动物的实际年龄与个体一生中积累的表观遗传变化相关。在人类中,这...

表观遗传学(对不改变DNA序列的性状遗传的研究)领域的最新发现表明,哺乳动物的实际年龄与个体一生中积累的表观遗传变化相关。

在人类中,这一观察结果导致了表观遗传时钟的发展,该时钟现在被广泛用作衰老的生物标志物。虽然这些时钟从出生到死亡都准确运行,但在每一代中它们都会被调回零。

现在,由佐治亚大学、基尔GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心和慕尼黑工业大学共同领导的一个国际团队表明,表观遗传时钟不仅存在于植物中,而且这些时钟在许多代中都保持准确的滴答声。在《科学》杂志上发表的一项新研究中,研究小组描述了这种时钟如何以数十年到数百年的分辨率来报时,这种精度是传统的基于DNA突变的时钟无法达到的。

这项研究为一直难以解决的微观进化问题提供了新的线索,例如入侵物种的引入时间以及现代工业化出现以来人类活动的后果。

FrankJohannes说:“当我们研究DNA甲基化(许多表观遗传过程背后的DNA序列的化学修饰)如何在一棵300年树龄的杨树的众多枝条上发生变化时,我们首次发现植物中存在表观遗传时钟。”慕尼黑工业大学植物表观基因组学教授,该研究的合著者。“我们将DNA甲基化数据与树枝直径和取芯数据结合起来,计算树木年轮,这反映了树枝的年龄。我们无法对一个树枝进行取芯,但我们仅使用DNA甲基化数据准确地估计了它的年龄,这提供了第一个线索,表明存在植物的表观遗传时钟。”

该团队的研究通过实验表明,表观遗传时钟概括了自花受精植物拟南芥(芥菜科的一种小型植物)和克隆海草Z.marina中物种内系统发育或进化树的已知分歧时间,这两种植物代表着两个主要物种。植物繁殖方式。

佐治亚大学植物科学基金会教授、遗传学系LarsG.Ljungdahl杰出研究员RobertSchmitz表示:“我们利用具有已知谱系的多种拟南芥实验进化种群,进一步证实了植物表观遗传时钟的存在。”和该研究的合著者。

这些植物由暴露于不同环境的野生型或来自不同地理起源的天然品系通过单种子传代培育而成,长达32代。

慕尼黑工业大学博士生张志林及其同事表示:“利用这些人群中数百名个体的DNA甲基化组数据,我们确定了一个‘类似时钟’的表观突变子集,并准确估计了谱系的时间。”-该研究的主要作者与佐治亚大学富兰克林艺术与科学学院遗传学系的博士生NanYao一起。

Yao说:“我们证明,与使用相同个体DNA突变的分子钟相比,这种表观遗传时钟在测定最近分化的北美拟南芥种群(大约140岁)时更准确。”

“所提出的新型分子钟将使我们能够解决一个长期存在的谜团,”基尔GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心海洋进化生态学负责人托尔斯滕·鲁施(ThorstenReusch)说。“即蕨类植物、芦苇或海草的大型无性系到底有多老。”